Группа ученых из Кембриджского университета использовала алгоритмы машинного обучения, чтобы научить роботизированное устройство быстрому прочтению текста, набранного шрифтом Брайля. Робот смог читать Брайль со скоростью 315 слов в минуту с точностью почти в 90%.
Хотя прибор не разрабатывался как вспомогательная технология, исследователи считают, данная разработка – идеальна для будущих изобретений, таких как роботизированные руки или протезы, благодаря высокой чувствительности. Впоследствии их можно будет сделать такими же чувствительными, как подушечки пальцев у человека. Результаты исследования были опубликованы в журнале IEEE «Robotics and Automation Letters».
Кончики пальцев человека удивительно чувствительны и помогают нам собирать информацию об окружающем мире. С их помощью можно обнаруживать мельчайшие изменения в текстуре материала. Также они помогают понять, какую силу следует приложить, например, чтобы поднять яйцо, не разбив его, или шар для игры в боулинг, не уронив его.
Воспроизвести такой уровень чувствительности у робота, и чтобы это было энергоэффективно – непростая задача для инженеров. В одной из лабораторий на инженерном факультете Кембриджского университета, ученые под руководством профессора Фумии Ииды разрабатывают решения для этого и других подобных навыков, которые человеку кажутся простыми, а роботу – сложными.
«Одна из причин, по которой мы можем брать различные предметы с нужным усилием, то, что у человека мягкие и чувствительные кончики пальцев», — сказал Парт Потдар – ученый и один из авторов исследования. «В случае робототехники мягкость – нужная и полезная характеристика, но также необходимо много сенсорной информации. Сложно сделать так, чтобы оба данных компонента присутствовали, особенно, если дело касается гибких или легко деформируемых материалов», – продолжает специалист.
Поскольку для чтения Брайля требуется высокая чувствительность, потому что точки в каждой букве расположены очень близко друг к другу, данный шрифт – замечательная возможность протестировать роботизированные «подушечки пальцев». Для разработки робота-сканера, который более точно имитирует то, как читает по Брайлю человек, исследователи использовали уже готовый датчик.
Соавтор публикации Дэвид Хардман отмечает: «Есть роботы, распознающие шрифт Брайля, но они читают только по одной букве за раз. Человек так не делает». Он добавляет, что существующие устройства, читающие по Брайлю, работают следующим образом: они касаются одной буквы, распознают ее, затем датчик поднимается, потом опускается для прочтения следующего символа и так далее. Ученые хотят создать нечто более реалистичное и эффективное.
На «кончике пальца» роботизированного датчика, который использовали ученые, располагается камера. Процесс чтения происходит за счет информации, которую робот получает с нее и фиксирует сенсором. Парт Потдар считает, что перед робототехниками стоит сложная задача, поскольку, чтобы устранить эффект размытия, возникающий при движении датчика, необходимо обработать большое количество изображений. Это достаточно энергозатратно и требует большого количества времени.
Чтобы робот мог восстановить резкость изображения до того, как сенсор распознает буквы, команда исследователей разработала алгоритм на базе искусственного интеллекта. Инженеры тренировали его на наборе четких изображений шрифта Брайля с применением искусственного размытия. Когда алгоритм стал способен различать буквы, ученые начали использовать модель компьютерного зрения для определения и классификации каждого символа.
После внедрения алгоритмов исследователи протестировали устройство, быстро перемещая его по строчкам, набранным шрифтом Брайля. Робот смог прочитать написанное со скоростью 315 слов в минуту, что в два раза быстрее скорости чтения человека, и с точностью 87%, что примерно сопоставимо с точностью чтения человека.
Дэвид Хардман отмечает: «Учитывая, что мы использовали искусственное размытие для обучения алгоритма, было удивительно, насколько точно устройство распознавало буквы и слова. Мы нашли компромисс между скоростью и точностью. Стоит отметить, что в случае робота доля ошибок при чтении практически такая же, как и у человека».
«Скорость чтения по Брайлю – отличный способ измерить динамические показатели систем тактильного восприятия, поэтому результаты нашей работы могут быть применимы не только области Брайля, но и в других сферах. Например, в таких случаях, когда нужно проанализировать текстуру различных поверхностей или работу роботизированных устройств захвата», – добавил Потдар.
В будущем исследователи надеются масштабировать технологию, применив ее для создания человекоподобной роботизированной руки или искусственной кожи как у людей. Исследование было частично профинансировано компанией Samsung в рамках программы «Samsung Global Research Outreach».
Источник: Robot trained to read braille at twice the speed of humans | University of Cambridge